표면경화 처리

기계의 축, 기어, 캠 등의 부품은 강도, 인성뿐만 아니라 접촉부의 내마멸성이 있어야 한다.
따라서 표면의 내마멸성을 향상시키기 위해 표면은 경화시키고 내부는 충격에 견딜 수 있도록 인성을 부여하는 열처리를 표면 경화법(Surface Hardening)이라고 한다.
?칭, 템퍼링의 소재는 고탄소강을 사용하므로 경도는 커지나 인성이 문제되므로 표면 경화용 소재는 저탄소강을 사용하여 경화처리 시의 변형과 균열 발생을 감소 시킨다.

1. 표면 경화의 분류

1.1 물리적 표면

강의 표면에 화학조성을 변화시키지 않고, 단지 열처리 등의 물리적 수단에 의해표면의 조직만을 변화시켜서 경화층을 얻는 방법으로 처리재는 담금질재에 필요한 적당량의 탄소를 함유해야 한다.
종류는
화염 경화법, 고주파 경화법, 숏피닝 법, 하드 페이싱 등이 있다.

1.2 화학적 표면경화

강의 표면층에 여러 가지 원소들을 확산 침투 시켜서 표면 조성의 변화에 의한 경화 층을 얻는 방법이다.
종류는
① 침탄법 : 고체, 액체, 가스 침탄
② 질화법 : 가스질화, 연질화, 이온질화
③ 금속침투법
④ 기타 방법 : 증착법, 탄화물 피복법, 금속 용사법, 산화 피막법 등이 있다.

1.3 화학적 표면경화 처리 및 특징은 개별적으로 설명

2. 고주파 경화법 (Induction Hardening)

소재에 장치된 코일 속으로 고주파 전류를 흐르게 하면 소재 표면에는 맴돌이 전류 (Eddy Current)가 유도되며, 이로 인해 생긴 고주파 유도열(I²R )이 표면을 급속 가열시키고, 가열된 소재를 급냉 시키면 소재 표면이 담금질되어 경화되는 표면 경화법이다.

2.1 특징

① 급속가열에 의해 가열시간이 짧아 산화 및 변형이 적다.
② 열효율이 높으며 대량생산이 가능한다.
③ 유지비가 적고, 균일가열 및 온도제어가 용이한다.
④ 시설비가 고가이다.
⑤ 부품의 형상과 소재가 제한적이다.

2.2 표피 효과

주파수가 클 수록 유도 전류가 표면 부위만을 집중되어 흐르는 것을 말하며 따라서, 주파수가 클수록 경화 깊이는 얇아지고 주파수가 작으면 경화 깊이는 깊어진다.

유도전류에 의한 열 발생의 침투 깊이 d는 다음 식으로 나타내진다.
d = 5.03 x 103 x √ { ρ / (µ · f)} (cm)
여기서
ρ : 강재의 비저항 ( µ Ω · cm)
µ : 강재의 투자율
f : 주파수 (Hz)를 나타낸다.

3. 화염 경화법(Flame Hardening)

산소-아세틸렌 가스 불꽃을 이용하여 강 표면을 급속 가열 후 담금질 온도에 이르렀을 때 냉각수로 급냉시켜 표면 층만을 경화시키는 열처리 방법

3.1 특징

① 부품의 크기와 형상의 제약이 작다.
② 국부 열처리가 가능하고 설비비가 저렴한다.
③ 담금질 변형이 적다.
④ 가열온도 조절이 어렵다.

3.2 소재 및

① 소재는 0.4 ~ 0.6%의 탄소가 함유된 강이 좋다.

② 산소-아세틸렌의 혼합비는 1:1이 가장 좋으며 토치 불꽃수와 이동속도에 따라 재료 내부의 열전달 깊이가 다르며, 따라서 경화층 깊이도 다르게 된다.

3.3 냉각 방법

① 냉각수조(Cooling Tank)에 담그는 방법 : ?칭 온도가 높아지기 쉬우며, ?칭 균열의발생이 쉽다

② 분사장치에 의한 냉각이 일반적으로 가장 많이 이용된다.

③ 순환되는 물속에 소재를 넣고 가열하는 방법은, 선반 베드 등의 열처리법으로 ?칭균열이 가능성이 적다.

3.4 후처리

인성의 개선과 잔류응력 제거를 위해 템퍼링을 한다.

4. 숏 피닝 (Shot Peening)

4.1 정의

소재 표면에 강이나 주철 소재의 작은 입자(𝜙0.5 �𝜙#120601;으𝜙가공경화에 의해 표면의 경도를 높이는 방법

4.2 특징

피로 한도가 현저히 증가됨.

5. 하드 페이싱 (Hard Facing)

금속 재료의 표면을 마모나 부식으로 부터 방지하기 위해 표면에 각종금속 (스텔라이트 , 경합금)을 융접 또는 압접으로 융착 시켜 표면에 경 특히 기계적 마멸을 막기 위해 처리하는 것을 하드 페이싱이라 한다.